CN103812131B - 一种基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统及方法 - Google Patents

一种基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统及方法,属于电力系统领域运行控制领域。预先在主要电厂中配置多组可实现解列孤岛运行的机组,要求这些机组在承担自己的厂用电负荷后,有能力供应一级和二级负荷或提供其他电厂的启动容量,当紧急甩负荷后能够自保厂用电稳定运行;当电网系统受到大扰动或出现重大故障时,受影响地区的变电站监控智能体、电厂监控智能体将主动解列成孤岛运行状态,当故障最终演化为大停电后,电网中所有稳定运行的电厂级和变电站级孤岛将各自的孤岛运行情况向电网监控中心智能体汇报。本发明能够极大缩短电网黑启动的时间,减少因停电造成的经济损失和社会影响。

Description

一种基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统领域运行控制领域,具体涉及一种基于多智能体的城市电网 孤岛黑启动系统及方法。
背景技术
[0002] 电力系统是城市的命脉,一旦发生大面积停电而导致城市瘫痪,就会直接导致巨 大的经济损失,甚至可能引发重大政治事件或社会动荡。近年来国际上发生的多起大停电 事故再一次表明,大停电事故的威胁不可能因为先进技术的应用而完全避免。在发生电网 大面积停电事故后,电力系统运行人员必须迅速启动电网全停应急预案,进行电网的黑启 动,完成并网重构,在最短时间内恢复电网出力,减少事故导致的经济损失和社会动荡。
[0003] 虽然水轮机组尤其是抽水蓄能机组是黑启动的首选,但对于水电资源匮乏的大城 市,只能采用具有快速启动能力的燃气轮机机组及孤岛黑启动方法。然而燃气轮机需要大 功率柴油发电机组提供其启动功率,且需要定期开机进行维护,故在初投资和维护成本上 较大。相较而言孤岛启动的投资较小,是一种新的黑启动模式。很多历史资料证明电力孤岛 对大停电后的电力快速恢复起着至关重要的作用,有孤岛存在的电力恢复速度甚至要超过 只依靠水轮机组或燃气轮机黑启动的速度。但是大型电力系统在发生严重灾变解列后,由 于各孤岛内机组与负荷的不平衡,不能保证一定有孤岛留存。而且由于事故后孤岛位置和 范围的不确定性,很难预先对其制订黑启动方案,故需要对电力孤岛的形成进行有效控制。
发明内容
[0004] 针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种包含多个智能体(Agent)的 集合的多智能体系统,通过将一个庞大而复杂的系统分解为多个彼此相互通信协调、相互 服务、来完成共同的整体目标的小系统,以达到优化系统结构,提高系统效率的目的。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的:一种基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系 统,包括三级控制结构,电网监控中心智能体、变电站监控智能体和电厂监控智能体;
[0006] 电网监控中心智能体:(1)直接与下级变电站监控智能体通信:获取下级变电站 监控智能体上报的运行数据及故障信息,进行分析决策后发送解列或并网指令给下级变电 站监控智能体;(2)电网监控中心智能体通过下级变电站监控智能体中转,获取电厂监控 智能体上报的运行数据及故障信息,进行分析决策后再通过相应的下级变电站监控智能体 发送解列或并网指令给电厂监控智能体;
[0007] 变电站监控智能体:(1)当监测到的电网扰动超出预设阂值时,达到动作条件,无 须等待电网监控中心智能体指令,自主进行解列操作;(2)变电站监控智能体与电网监控 中心智能体通讯:上报自身运行数据及故障信息给电网监控中心智能体,由电网监控中心 智能体控制解列或并网;同时上报自己获得的电厂监控智能体的运行数据及故障信息,并 中转由电网监控中心智能体发出的控制解列指令给电厂监控智能体;(3)变电站监控智能 体与电厂监控智能体通讯:获取下级电厂监控智能体上报的运行数据及故障信息,并自己 发出解列指令或传递电网监控中心智能体发出的解列或并网指令给电厂监控智能体;
[0008] 电厂监控智能体:(1)当监测到电网扰动超出预设阂值时,达到动作条件,无须等 待电网监控中心智能体和上级变电站监控智能体指令,自主进行解列操作;(2)与变电站 监控智能体通信:上报自身运行数据及故障信息给变电站监控智能体,接收并执行由变电 站监控智能体发出解列指令或传递电网监控中心智能体发出的解列或并网指令。
[0009] 所述的电网监控中心智能体中主要由监测模块、通信模块、分析模块、预警模块、 人机交互模块、数据库管理模块、知识库模块和控制决策模块组成,其中:
[0010] 监测模块:用于从变电站自动化系统获取变电站与电网间的联络线节点处的电 压、频率、功率、开关状态、三相不平衡度运行数据,并获取下级变电站监控智能体上报的当 地和变电站下级电厂的实时运行数据以及故障信息,将其发送给分析模块;
[0011] 通信模块:用于在电网监控中心智能体与下级各个变电站监控智能体之间进行通 信及数据传输,接收变电站监控智能体上报的运行及故障信息,并向下级变电站监控智能 体发送动作指令;
[0012] 分析模块:根据变电站监控智能体上报的电网运行数据,一旦出现异常数据,立即 进行电网潮流计算,并与知识库中存储的故障信息知识进行对比,得出较为准确的故障信 息,发送至控制决策模块和预警模块;针对变电站监控智能体发出的解列请求,结合知识库 中信息分析其解列影响区域范围,结果送至控制决策模块;
[0013] 预警模块:接收到分析模块发送的故障信息后即时显示,并发出预警信号;
[0014] 人机交互模块:(1)实现人机对话功能,显示整个电网的实时运行情况;(2)紧急 情况下,提供手动控制模式,使操作人员对故障区域及受影响区域发出解列或并网指令;
[0015] 数据库管理模块:存储电网主要节点在各个时刻的运行数据,包括母线电压,频 率,功率,开关状态数据;
[0016] 知识库模块:对解列控制知识和规则进行管理,包括电网正常运行数据的上下限 值、电网常见故障彳目息知识;
[0017] 控制决策模块:(1)综合分析模块和监测模块发送来的实时数据和分析结果,结 合电网当前实际运行状况做出最终决策指令,再通过通信模块将指令送回下级变电站监控 智能体;(2)对于电厂故障,控制决策模块需向电厂所属变电站区域的变电站监控智能体 下达解列或并网指令,再由变电站监控智能体将指令转发给相应电厂监控智能体;(3)在 黑启动阶段,通过通信模块接收所有成功解列的孤岛状态,据此制定黑启动恢复路径方案, 然后向相应地区的变电站监控智能体或电厂监控智能体发送黑启动任务指令。
[0018] 所述的变电站监控智能体主要由数据采集模块、通信模块、预警模块、反应模块、 动作模块、分析模块、知识数据库模块和控制决策模块组成,其中:
[0019] 数据采集模块:实时监测并网联络线处电压、频率、功率、开关状态和三相不平 衡度运行数据,将电压、频率、功率和三相不平衡度发送给反应模块、预警模块以及分析模 块;
[0020] 通信模块:(1)用于变电站监控智能体与上级电网监控中心智能体和下级各电厂 监控智能体之间的通信及数据传输;(2)作为电网监控中心智能体与电厂监控智能体之间 通信的中转站;
[0021] 预警模块:用于接收数据采集模块发送的异常数据信息,以及分析模块发送的故 障信息,一旦有异常数据出现,即时发出预警信号并显示故障信息;
[0022] 反应模块:用于接收数据采集模块发送的运行数据,并与来自知识数据库模块中 的动作临界值进行对比,一旦达到动作条件,直接向动作模块发出指令;
[0023] 动作模块:用于接受反应模块或控制决策模块指令,执行解列或并网开关动作;
[0024] 分析模块:用于根据数据采集模块发送的电网运行数据,进行变电站范围的潮流 计算,并与知识数据库中存储的故障信息知识进行对比,对本区域的电网运行状态及故障 状态进行分析,结果传送至控制决策模块,得到的故障信息传送至预警模块;
[0025] 知识数据库模块:(1)用于存储数据采集模块采集的实时数据、变电站正常运行 数据的上下限值、变电站区域主要干线故障信息知识和动作临界值;(2)在动作临界值有 更改时知识数据库模块将把更改信息发送给反应模块;
[0026] 所述的动作临界值包括:变电站区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线 两侧的电压的失步临界值和联络线两侧的频率的失步临界值;
[0027] 控制决策模块:(1)根据分析模块的分析结果,结合知识数据库模块中所设规则 作出解列决策或在解列后监测孤岛内发电功率,实时减载切负荷,维持孤岛内功率平衡; (2)当孤岛内功率缺额过大无法平衡时,进行在线计算划分电厂级孤岛,然后发送指令给下 级各电厂监控智能体,电厂监控智能体控制各自电厂区域形成电厂级孤岛;同时需将决策 命令及执行结果通过通信模块上报电网监控中心智能体;(3)当故障恢复后,实现与电网 系统检同期再并网。
[0028] 所述电厂监控智能体主要由数据采集模块、通信模块、预警模块、反应模块、动作 模块、分析模块、知识数据库模块和控制决策模块组成,其中:
[0029] 数据采集模块:用于实时监测本地并网联络线处电压、频率、功率、开关状态和三 相不平衡度运行数据,将电压、频率、功率和三相不平衡度发送给反应模块、预警模块以及 分析模块;
[0030] 通信模块:(1)用于电厂监控智能体与上级变电站监控智能体提供通讯和数据传 输;(2)为同级电厂监控智能体之间提供通信和数据传输;
[0031] 预警模块:用于接收数据采集模块发送的异常数据信息,以及分析模块发送的故 障信息,一旦有异常数据出现,即时发出预警信号并显示故障信息;
[0032] 反应模块:接收数据采集模块发送的运行参数,并与来自知识数据库模块中的动 作临界值进行对比,一旦达到动作条件,直接向动作模块发出指令;
[0033] 动作模块:接受反应模块或控制决策模块指令,执行解列或并网开关动作;
[0034] 分析模块:根据数据采集模块发送的运行数据,与知识数据库中存储的故障信息 知识进行对比分析当前的故障状态,结果传送至控制决策模块,得到的故障信息传送至预 警模块;
[0035] 知识数据库模块:(1)用于存储数据采集模块采集的实时数据、电厂正常运行数 据的上下限值、电厂区域的故障信息知识和动作临界值;(2)在动作临界值有更改时知识 数据库模块将把更改信息发送给反应模块;
[0036] 所述的动作临界值包括:电厂区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两 侧的电压的失步临界值和联络线两侧的频率的失步临界值;
[0037] 控制决策模块:(1)根据分析模块的分析结果,结合知识数据库中所设规则做出 解列或并网决策;(2)当变电站孤岛功率不平衡时,接收变电站监控智能体指令并与同级 电厂监控智能体协调决策,解列成电厂级孤岛,并实时减载维持功率平衡,并将执行结果需 上报上级变电站监控智能体;(3)故障恢复后,实现电厂级孤岛的再并网。
[0038] 采用基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统进行黑启动的方法,包括以下步 骤:
[0039] 步骤1 :在进行城市电网规划以及电厂初步设计时,预先在主要电厂中配置多组 可实现解列孤岛运行的机组,要求这些机组在承担自己的厂用电负荷后,有能力供应一级 和二级负荷或提供其他电厂的启动容量,当紧急甩负荷后能够自保厂用电稳定运行;
[0040] 步骤2 :当电网系统受到大扰动或出现重大故障时,受影响地区的变电站监控智 能体、电厂监控智能体将主动解列成孤岛运行状态,具体分为以下两种情况:
[0041] 情况1 :若为电厂并网联络线处检测到故障,则由电厂监控智能体控制电厂区域 进行解列,步骤如下:
[0042] 步骤2. 1 :电厂监控智能体的数据采集模块实时监测本地并网联络线处电压、频 率、功率、开关状态和三相不平衡度运行数据,并将监测到的并网联络线处的电压、频率、功 率和三相不平衡度发送给电厂监控智能体的反应模块、预警模块以及分析模块;
[0043] 步骤2. 2 :电厂监控智能体内反应模块收到的实时电压与电压限幅值比较,实时 频率与允许频率偏移范围比较,并网联络线两侧的电压的差值与联络线两侧电压的失步临 界值比较,并网联络线两侧的频率的差值与频率的失步临界值比较,一旦实时电压超过电 压限幅值、实时频率超过允许频率偏移、并网联络线两侧的电压的差值超过联络线两侧电 压的失步临界值,并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临界值则电厂监控智能体 的预警模块发出预警信号,同时向电厂监控智能体的动作模块发出指令,动作模块将断开 并网联络线开关;
[0044] 步骤2. 3 :电厂监控智能体的分析模块根据数据采集模块发送的运行数据,与知 识数据库中存储的故障信息知识进行对比,分析出当前的故障状态,结果传送至电厂监控 智能体的控制决策模块;
[0045] 步骤2. 4 :电厂监控智能体的控制决策模块根据电厂监控智能体的分析模块的分 析结果,结合知识数据库中所设规则做出是否解列电厂级孤岛的决策。当解列成孤岛运行 状态后,计算孤岛内功率差额,并实时减载维持功率平衡;最后需将执行结果通过电厂监控 智能体的通信模块上报至上级变电站监控智能体;
[0046] 步骤2. 5 :对步骤2. 4解列后的电厂级孤岛进行检测,若电厂级孤岛稳定运行,则 执行步骤3。
[0047] 情况2 :若为变电站并网联络线处检测到故障,则由变电站监控智能体控制变电 站区域进行解列,步骤如下:
[0048] 步骤2. 6 :变电站监控智能体的数据采集模块实时监测并网联络线处电压、频率、 功率、开关状态和三相不平衡度运行数据,将电压、频率、功率和三相不平衡度发送给变电 站监控智能体的反应模块、预警模块以及分析模块;
[0049] 步骤2. 7 :变电站监控智能体的反应模块收到实时的电压、频率、功率、开关状态 和三相不平衡度运行数据,与变电站监控智能体的知识数据库模块内存储的区域内电压限 幅值、允许频率偏移范围、联络线两侧的电压、频率的失步临界值进行比较,一旦实时电压 超过电压限幅值、实时频率超过允许频率偏移、并网联络线两侧的电压的差值超过联络线 两侧电压的失步临界值,并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临界值,则变电站 监控智能体的预警模块发出预警信号,同时向变电站监控智能体的动作模块发出指令,动 作模块将断开并网联络线开关;
[0050] 步骤2. 8 :变电站监控智能体的分析模块根据数据采集模块发送的运行数据,与 知识数据库中存储的故障信息知识进行对比,分析出当前的故障状态,结果传送至变电站 监控智能体的控制决策模块,并经由变电站监控智能体的通信模块发送至电网监控中心智 能体;
[0051] 步骤2. 9 :变电站监控智能体的控制决策模块根据分析模块的分析结果,结合变 电站监控智能体的知识数据库中所设规则作出是否解列变电站级孤岛的决策,并向电网监 控中心智能体发出请求,获得电网监控中心智能体的同意或超时未收到指令方可执行操 作;最终解列成孤岛运行状态后,由变电站监控智能体的控制决策模块计算孤岛内功率差 额,实时减载甩负荷,维持孤岛内功率平衡,最后执行结果通过通信模块上报至电网监控中 心智能体;
[0052] 步骤2. 10 :电网监控中心智能体在收到变电站监控智能体发出的解列请求后,由 其分析模块结合知识库中信息分析解列影响区域,然后将分析结果送至其控制决策模块决 定可进行解列的变电站区域,并将指令通过通信模块下发至相应变电站监控智能体。
[0053] 步骤2. 11 :对步骤2. 9和2. 10解列后的变电站级孤岛进行检测,若变电站级孤岛 稳定运行,则执行步骤3 ;若变电站级孤岛内功率缺额过大无法平衡,则执行步骤2. 12 ;
[0054] 步骤2. 12 :由变电站监控智能体的控制决策模块继续进行解列,首先对电网系统 进行分区,划分成多个电厂级孤岛区域,具体的公式如下:
[0055] 孤岛的划分以在满足一组约束条件的情况下,在非故障区域内组合出多个孤岛区 域,使所有孤岛中负荷单元的负荷加权和最大为目标,目标函数如下:
[0056]
Figure CN103812131BD00121
[0057] 其中,N为孤岛总数,Mi为第i个孤岛区域,Lj为孤岛Mi中的第j个单元负荷量, 气是与L,对应的负荷等级权重,根据实际情况整定,负荷等级越低则权重值应越小;
[0058] 孤岛划分中的约束条件表示如下:
[0059] A.孤岛内功率平衡约束
[0060]
Figure CN103812131BD00122
[0061] 其中
Figure CN103812131BD00123
为孤岛内可维持发电机组发出的有功及无功容量,
Figure CN103812131BD00124
Figure CN103812131BD00125
为孤岛内全部负荷的有功及无功容量。
[0062] B.节点电压约束
[0063] Uinun彡KUiniax(i= 1,2, ...,n)
[0064] 其中n为节点总数;UpU_x、A_分别为节点i的电压及其上下限。
[0065] C•线路的容量约束
[0066] S#Siniax(i= 1,2,...,n)
[0067] 其中n为线路总数;Si为线路i上的功率;Si_为线路i的线路容量。
[0068] D.网络拓扑约束
[0069] a.孤岛内单元连通性约束
[0070] 3DkeM,,f(Dj,Dk) = 1(i= 1,2,n)
[0071] 其中Dj,Dk为孤岛Mi内单元,f(D」,Dk) = 1表示单元Dj,Dk相邻;f(D」,Dk) = 0表 示单元1,%不相邻。
[0072] b.孤岛区域不相交约束
[0073] M;flMj: =0(I</,j</V;/^j)
[0074] 其中N为孤岛总数,MdPMj分别为第i和第j个孤岛区域。
[0075] 孤岛划分的算法如下:
[0076] (1)首先不考虑第三类负荷,由孤岛运行机组和第一、二类负荷单元形成初步孤岛 方案。
[0077] A.载入电网结构参数并获得适配函数亦即目标函数的参数,将禁忌表清空。以圪 表示当前最优解,初始值为取初始解的适配函数值。
[0078] B.分别以各个可孤岛运行的机组为起点进行深度优先搜索,将得到的节点划分到 相应的孤岛区域内,其余未划分的节点由系统在约束范围内随机生成。由此形成n个较优 初始解Si。~Sn。,当i= 1,2,…,n时,计算SiQ的适配函数值:
[0079] a.判断是否满足终止准则,若是即输出最优划分方式;否则继续执行下一步。
[0080] b.对当前解Slk进行邻域搜索,得到邻域解集合Ck。将初始解中已经确定归属的 节点状态分量维持不变,随机生成的节点状态分量组成的集合就是邻域解集合的范围。
[0081] c.符合约束条件的所有邻域解组成候选解集合%,计算各候选解的适配值函 数,将候选解集合Dk中的所有候选解按照适配值大小进行排序,适配函数值最大者记作 f(dk)%其对应的邻域解记作d,。
[0082] d.判断是否满足f(4广> ,若是,比较d,与Slk,将在该次迭代下确定的禁忌对 象加入禁忌表中,修改禁忌表中各禁忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解匕=f(dk)%Si(k+i)=dk*,返回a,否贝转至e。
[0083] e.选择非禁忌对象中的最佳候选解记作dk'并将其加到禁忌表中,修改禁忌表中 各禁忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解Sk+1=d广,返回a。
[0084] C.对由初始解Si。~Sn。为起点搜索产生的n个解进行评价,取评价结果最好的解 为最优解,并进入第二阶段。
[0085] (2)考虑进第二类负荷,形成最终孤岛方案。
[0086] 考察初步方案形成的各个孤岛的发电余量,在余量较大的孤岛内及其邻接区域中 搜索第三类负荷。将满足约束条件的负荷单元加入孤岛,直至孤岛发电余量低于周围任意 负荷单元负荷。
[0087] 按照上述计算结果,继续对电厂监控智能体进行解列,解列成电厂级孤岛,直至电 厂级孤岛最终达到稳定状态,停止解列,否则,反复执行步骤2. 12 ;
[0088] 步骤3 :当故障最终演化为大停电后,电网中所有稳定运行的电厂级和变电站级 孤岛将各自的孤岛运行情况向电网监控中心智能体汇报,其中电厂级孤岛信息通过上级变 电站监控智能体中转与电网监控中心智能体建立联系并传送信息;
[0089] 步骤4 :所有电力孤岛运行信息最终汇总至电网监控中心智能体的控制决策模 块,控制决策模块以此制定黑启动恢复路径方案,然后将黑启动任务依次发送给对应的电 力孤岛的监控智能体,各孤岛监控智能体依照指令执行相应的恢复操作,逐步恢复整个电 网供电。
[0090] 本发明的有益效果:本发明所涉及的基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统将 难以预测且不可控的电力孤岛纳入主动可控的系统中来,可在城市电网因故障大规模瘫痪 甚至"全黑"时,能够尽可能多的保留独立运行的电力孤岛,依靠这些孤岛直接向电网供电, 并帮助其他不能自保厂用电的电厂恢复运行。这样能够极大缩短电网黑启动的时间,减少 因停电造成的经济损失和社会影响。
附图说明
[0091] 图1为本发明的实施方式基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统结构框图;
[0092] 图2为本发明的实施方式发电监控智能体结构图;
[0093] 图3为本发明的实施方式变电站监控智能体结构图;
[0094] 图4为本发明的实施方式电网监控中心智能体结构图;
[0095] 图5为本发明的实施方式基于改进禁忌搜索的孤岛划分算法流程图;
[0096] 图6为本发明的实施方式基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统流程图;
[0097] 图7为本发明的实施方式电厂级孤岛划分实例图。
具体实施方式
[0098] 下面结合附图对本发明的实施方式作一步详细的说明。
[0099] 本实施方式采用的基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统,如图1所示,利用 它来实现应对城市电网大规模故障以及城市电网的黑启动,包括三级控制结构,即电网监 控中心级、变电站级和电厂级。其中,电网监控中心级包括电网监控中心智能体;变电站级 为电网监控中心级的下级,在电网监控中心智能体下包括多个变电站监控智能体,本实施 方式中,具体包括变电站监控智能体1,变电站监控智能体2,……,变电站监控智能体5等 五个变电站监控智能体;电厂级为变电站级的下级,每个变电站监控智能体下包括多个电 厂监控智能体,本实施方式中,在变电站监控智能体1下包括电厂监控智能体11,……,15, 在变电站监控智能体2下包括电厂监控智能体21,……,24,依次类推,最后一个变电站监 控智能体5下包括电厂监控智能体51,……,54。本实施方式中每个变电站监控智能体下 的电厂监控智能体数量由此变电站区域中包含的可孤岛运行机组数量决定。
[0100]上述各智能体分散布置于电网中,其中电网监控中心智能体位于电网监控调度中 心处,变电站监控智能体布置于各变电站处,电厂监控智能体布置于具有可孤岛运行机组 的电厂处。各级智能体的功能如下:
[0101] 电网监控中心智能体:(1)与其下级变电站监控智能体(如本实施例中变电站监 控智能体1至变电站监控智能体5)通过通信模块进行通信:获取下级变电站监控智能体上 报的运行数据及故障信息(运行数据为各变电站与电网联络线节点处的电压、频率、功率、 开关状态、三相不平衡度,故障信息为变电站监控智能体的分析模块得出的可能故障地点、 故障类型、故障影响范围等,运行数据为定时上报,各下级变电站监控智能体以规定时间依 次发送,故障信息为即时上报,一旦故障,各下级变电站监控智能体应立即上报),经由控制 决策模块进行分析决策(控制决策模块根据上报运行数据进行潮流计算,得出电网运行状 况,同时结合故障信息做出决策指令)后发送解列或并网指令(具体包括故障变电站区域 的解列指令、受影响的其他变电站区域的解列指令、故障排除后所有变电站区域的并网指 令)给下级变电站监控智能体;(2)电网监控中心智能体通过下级变电站监控智能体中转 (因在三级控制结构中,上一级智能体只能获取其下一级智能体的通信地址,因此电网监控 中心智能体若要与电厂监控智能体通信需通过该电厂监控智能体上级的变电站监控智能 体中转,如本实施例中电网监控中心智能体若要与电厂监控智能体15通信,需要通过变电 站监控智能体1进行中转),获取电厂监控智能体上报的运行数据及故障信息(运行数据为 电厂与电网联络线节点处的电压、频率、功率、开关状态、三相不平衡度,故障信息为电厂监 控智能体的分析模块得出的可能故障地点、故障类型等),经由控制决策模块进行分析决策 后再通过相应的下级变电站监控智能体发送解列或并网指令(当电厂范围内出现故障而 且其所属变电站并未解列时,由电网监控中心智能体直接对电厂监控智能体下达指令)给 电厂监控智能体;
[0102] 变电站监控智能体:(1)当监测到的电网扰动超出预设阂值时(包括变电站区域 内电压限幅值和允许频率偏移范围,变电站与电网系统联络线两侧的电压的失步临界值和 联络线两侧的频率的失步临界值),达到动作条件(即监测数据超出上述临界值,一股需有 0.ls-3s延时,超出幅度越大则延时越短),无须等待电网监控中心智能体指令,自主进行 解列操作;(2)变电站监控智能体与电网监控中心智能体通信:上报自身运行数据及故障 信息给电网监控中心智能体,由电网监控中心智能体控制解列或并网(运行数据为各变电 站与电网联络线节点处的电压、频率、功率、开关状态、三相不平衡度,故障信息为变电站监 控智能体的分析模块得出的可能故障地点、故障类型、故障影响范围等);同时向电网监控 中心智能体上报自己获得的电厂监控智能体的运行数据及故障信息,并中转由电网监控中 心智能体发出的控制解列指令给电厂监控智能体;(3)变电站监控智能体与下级电厂监控 智能体通信(变电站监控智能体只与其下所属的电厂监控智能体通信,如本实施例中变电 站监控智能体1只能与电厂监控智能体11~电厂监控智能体15通信):获取下级电厂监控 智能体上报的运行数据及故障信息(运行数据为电厂与电网联络线节点处的电压、频率、 功率、开关状态、三相不平衡度,故障信息为电厂监控智能体的分析模块得出的可能故障地 点、故障类型等,控制决策模块根据电厂监控智能体上报运行数据进行潮流计算,分析变电 站区域电网运行状况,同时结合故障信息做出决策指令),并自己发出解列指令或传递电网 监控中心智能体发出的解列或并网指令给电厂监控智能体(当电厂范围内出现故障而且 其所属变电站并未解列时,由电网监控中心智能体直接对电厂监控智能体下达指令;当变 电站监控智能体已经将变电站区域解列时,根据需要,由变电站监控智能体的控制决策模 块对电厂监控智能体下达解列指令);
[0103] 电厂监控智能体:(1)当监测到电网扰动超出预设阂值时(包括电厂区域内电压 限幅值和允许频率偏移范围,电厂与电网系统联络线两侧的电压的失步临界值和联络线两 侧的频率的失步临界值),达到动作条件(即监测数据超出上述临界值,一股需有〇.ls-3s 延时,超出幅度越大则延时越短),无须等待电网监控中心智能体和上级变电站监控智能 体指令,自主进行解列控制;(2)与变电站监控智能体通信:上报自身运行数据及故障信息 给变电站监控智能体(运行数据为电厂与电网联络线节点处的电压、频率、功率、开关状 态、三相不平衡度,故障信息为电厂监控智能体的分析模块得出的可能故障地点、故障类型 等),接收并执行由变电站监控智能体发出解列指令或传递电网监控中心智能体发出的解 列或并网指令(当电厂范围内出现故障而且其所属变电站并未解列时,由电网监控中心智 能体直接对电厂监控智能体下达指令;当变电站监控智能体已经将变电站区域解列时,根 据需要,由变电站监控智能体的控制决策模块对电厂监控智能体下达解列指令)。
[0104] 所述的电网监控中心智能体结构如图2所示,由监测模块、通信模块、预警模块、 分析模块、人机交互模块、数据库管理模块、知识库模块和控制决策模块组成,各模块功能 如下:
[0105] 监测模块:从变电站自动化系统获取变电站与电网间的联络线节点处的电压、频 率、功率、开关状态、三相不平衡度运行数据(从变电站自动化系统里获取数据是作为一种 备用途径,在电站监控智能体通信故障时才予以接收并导入系统,这样可有效提高本系统 的可靠性),通过通信模块获取下级变电站监控智能体上报的变电站处和变电站下级各电 厂的实时运行数据以及故障信息,并发送给分析模块。
[0106] 通信模块:采用基于IEC61850标准电网通信协议的以太网通信,用于在电网监 控中心智能体与下级各个变电站监控智能体之间进行通信及数据传输,接收变电站监控智 能体上报的运行及故障信息,并向下级变电站监控智能体发送动作指令(电网监控中心智 能体通信模块保有下级各变电站监控智能体的通讯地址,可直接与各变电站监控智能体通 信,进行指令和数据传输)。
[0107] 分析模块:根据变电站监控智能体上报的电网运行数据,一旦出现异常数据,立即 进行电网潮流计算,并与知识库中存储的故障信息知识进行对比,得出较为准确的故障信 息(分析模块通过计算全网潮流,可以得到电网各主要节点处的电压、功率等数据,知识库 中存有各种故障情况下的电网运行特征及异常数据,与潮流计算结果进行比对后即可得具 体的故障信息),发送至控制决策模块和预警模块;针对变电站监控智能体发出的解列请 求,结合知识库中电网结构信息分析其解列影响区域范围(即分析该变电站区域解列后造 成的功率缺额和其他变电站母线处电压变化等),结果送至控制决策模块。
[0108] 预警模块:接收到分析模块发送的故障信息后即时显示,并发出预警信号。
[0109] 控制决策模块:综合分析模块和监测模块发送来的实时数据和分析结果,结合电 网当前实际运行状况做出最终决策指令,包括是否准许解列、允许或要求解列的所有变电 站区域、允许或要求并网的所有变电站区域,再通过通信模块将指令送回相应的变电站监 控智能体(在保证功率平衡的前提下,解列变电站数量越少越好,或者两个及两个以上变 电站区域联合组成较大的一个孤岛,控制决策模块在发出指令同时要详细给出解列断面, 以防指令不清造成错误解列);对于电厂故障,控制决策模块需向电厂所属变电站区域的 变电站监控智能体下达解列或并网指令,再由变电站监控智能体将指令转发给相应电厂监 控智能体(这种控制方式仅适用于变电站区域尚未解列的情况,若变电站已经解列,电厂 监控智能体直接由上级变电站监控智能体协调控制,直接接受其指令);在黑启动阶段,控 制决策模块通过通信模块接收所有成功解列的孤岛状态,据此制定黑启动恢复路径方案, 然后向相应地区的变电站监控智能体或电厂监控智能体发送黑启动任务指令。
[0110] 人机交互模块:控制决策模块和分析模块将所有重要数据信息和分析结果提供给 人机交互模块实现人机对话,人机交互模块提供紧急情况下(指出现严重危及整个电网稳 定运行的重大故障而系统自动控制模式未及反应,或下级变电站监控智能体因突发故障而 未响应指令)的人工控制模式,使操作人员对故障区域及受影响区域发出解列或并网指令 (人工控制模式直接对变电站的主控制系统下达指令)。
[0111] 数据库管理模块:实现对电网历史运行数据的管理,存储各变电站监控智能体上 报的运行数据,包括母线电压,频率,功率,开关状态数据,可以随时对数据进行查询调取。
[0112] 知识库模块:实现对解列控制知识和规则的管理,包括电网正常运行数据的上下 限值、电网常见故障信息知识等(一股包括母线电压、有功功率、无功功率、频率、三相不平 衡度的上限值和下限值,电网中的短路故障、断相故障、自然灾害引发故障所对应的电网运 行特征,电网的整体网络结构及拓扑结构),其内容由控制决策模块根据情况自动进行修 改,也可由操作员进行人工手动修改。
[0113] 所述的变电站监控智能体结构如图3所示,由数据采集模块、通信模块、预警模 块、反应模块、动作模块、分析模块、知识数据库模块和控制决策模块组成,各模块功能如 下:
[0114] 数据采集模块:实时监测变电站与电网系统联络线处电压、频率、功率、开关状态 和三相不平衡度运行数据(在联络线的系统侧和变电站侧都应设点采集数据,用以实时监 测变电站与电网系统是否同步),将电压、频率、功率和三相不平衡度发送给反应模块和分 析模块,将异常数据(指超出预设值范围的数据)发送给预警模块。
[0115] 通信模块:采用基于IEC61850标准电网通信协议的以太网通信,用于变电站监控 智能体与上级电网监控中心智能体和下级各电厂监控智能体之间的通信及数据传输,并作 为电网监控中心智能体与电厂监控智能体之间通信的中转站(变电站监控智能体的通信 模块保有其下级各电厂监控智能体的通讯地址以及电网监控中心智能体的通讯地址。变电 站监控智能体可直接与下级电厂监控智能体通信,进行指令和数据传输;同时,变电站监控 智能体可将电网监控中心智能体的指令转发给下级电厂监控智能体,也可将下级电厂监控 智能体的运行数据或解列请求上传给电网监控中心智能体)。
[0116] 预警模块:用于接收数据采集模块发送的异常数据信息,以及分析模块发送的故 障信息,一旦有异常数据出现,即时发出预警信号并显示故障信息。
[0117] 反应模块:用于接收数据采集模块发送的运行参数,并与来自知识数据库模块中 的动作临界值(包括变电站区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两侧的电压的 失步临界值和联络线两侧的频率的失步临界值)进行对比,一旦达到动作条件,直接向动 作模块发出指令。
[0118] 动作模块:用于接受反应模块或控制决策模块指令,执行解列或并网开关动作;
[0119] 分析模块:根据数据采集模块发送的电网运行数据,进行变电站范围的潮流计算, 并与知识数据库中存储的故障信息知识进行对比(分析模块通过计算变电站区域电网潮 流,可以得到变电站主要节点处的电压、功率等数据,知识数据库中存有变电站内各种故障 情况下的变电站运行特征及异常数据,与潮流计算结果进行比对后即可得具体的故障信 息),对本区域的电网运行状态及故障状态进行分析,结果传送至控制决策模块;
[0120] 控制决策模块:根据分析模块的分析结果,作出解列决策或在解列后监测孤岛内 发电功率,实时减载切负荷,维持孤岛内功率平衡(在反应模块未动作而分析模块已发现 故障或故障隐患时,控制决策模块在判断出需要解列变电站后应先上报电网监控中心智能 体,等待其指令。同时还需根据实际情况设置一定长度的延时,若电网监控中心智能体超出 延时而未予答复,则直接执行解列决策);当孤岛内功率缺额过大无法平衡时,进行在线计 算划分电厂级孤岛,然后发送指令给下级各电厂监控智能体,电厂监控智能体控制各自电 厂区域形成电厂级孤岛(根据电厂级孤岛划分算法,以尽量形成较大范围孤岛,维持尽可 能多的负荷为目标进行划分,电厂级孤岛形成后,变电站监控智能体仍保持对下级电厂监 控智能体的控制作用,亦即保持对形成的电厂级孤岛的控制);同时需将决策命令及执行 结果通过通信模块上报电网监控中心智能体;当故障恢复后,实现与电网系统检同期再并 网。
[0121] 知识数据库模块:存储数据采集模块采集的实时数据、变电站正常运行数据的上 下限值、变电站区域主要干线故障信息知识和变电站动作临界值,其中变电站动作临界值 包括变电站区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两侧的电压的失步临界值和联 络线两侧的频率的失步临界值。知识数据库模块在动作临界值有更改时须把更改信息发送 给反应模块。
[0122] 所述的电厂监控智能体结构如图4所示,由数据采集模块、通信模块、预警模块、 反应模块、动作模块、分析模块、知识数据库模块和控制决策模块组成,各模块功能如下:
[0123] 数据采集模块实时监测本地并网联络线处电压、频率、功率、开关状态和三相不平 衡度运行数据(在联络线的系统侧和电厂侧都应设点采集数据,用以实时监测电厂与电网 系统是否同步),将电压、频率、功率和三相不平衡度发送给反应模块和分析模块,将异常数 据(指超出预设值范围的数据)发送给预警模块。
[0124] 通信模块采用基于IEC61850标准电网通信协议的以太网通信,用于电厂监控智 能体与上级变电站监控智能体提供通讯和数据传输,并为同级电厂监控智能体之间提供通 信和数据传输(电厂监控智能体的通信模块保有其上级变电站监控智能体的通讯地址以 及同一变电站范围内的其他电厂监控智能体的通讯地址,除了与上级变电站监控智能体进 行数据和指令传输外,还可与同级的电厂监控智能体通信,以进行协调合作,组成更大范围 的孤岛);
[0125] 预警模块:用于接收数据采集模块发送的异常数据信息,以及分析模块发送的故 障信息,一旦有异常数据出现,即时发出预警信号并显示故障信息;
[0126] 反应模块:用于接收数据采集模块发送的运行数据,并与来自知识数据库模块中 的动作临界值(包括电厂区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两侧的电压的失 步临界值和联络线两侧的频率的失步临界值)进行对比,一旦达到动作条件,直接向动作 模块发出指令;
[0127] 动作模块:用于接受反应模块或控制决策模块指令,执行解列或并网开关动作;
[0128] 分析模块根据数据采集模块发送的运行数据,与知识数据库中存储的故障信息知 识进行对比分析电厂当前的故障状态(分析模块通过计算电厂区域电网潮流,可以得到电 厂范围内主要节点处的电压、功率等数据,知识数据库中存有电厂范围内各种故障情况下 的电网运行特征及异常数据,与潮流计算结果进行比对后即可得具体的故障信息),结果传 送至控制决策模块;
[0129] 控制决策模块根据分析模块的分析结果,做出解列或并网决策(当电厂范围内出 现故障而且其所属变电站并未解列时,电厂监控智能体上报的数据及请求将转发至电网监 控中心智能体,由电网监控中心智能体直接对电厂监控智能体下达指令,同时还需根据实 际情况设置一定长度的延时,若电网监控中心智能体超出延时而未予答复,则直接执行本 地解列决策;当变电站监控智能体已经将变电站区域解列时,由变电站监控智能体的控制 决策模块对电厂监控智能体下达解列指令,同样应设置延时);当变电站孤岛功率不平衡 时,接收变电站监控智能体指令并与同级电厂监控智能体协调决策,解列成电厂级孤岛,并 实时减载维持功率平衡(应区分不同等级负荷,首先切除三级负荷并尽量保证一级负荷和 二级负荷的持续供电),并将执行结果需上报上级变电站监控智能体;当故障恢复后,实现 电厂级孤岛的再并网。
[0130] 知识数据库模块存储数据采集模块采集的实时数据、电厂正常运行数据的上下限 值、电厂区域线路故障信息知识和电厂动作临界值,其中电厂动作临界值包括电厂区域内 电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两侧的电压的失步临界值和联络线两侧的频率的 失步临界值。知识数据库模块在动作临界值有更改时须把更改信息发送给反应模块。
[0131] 如图6为基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统的流程图,其黑启动过程包括 以下步骤:
[0132] 步骤1 :在进行城市电网规划以及电厂初步设计时,预先在主要电厂中配置多组 可实现解列孤岛运行的机组,要求这些机组在承担自己的厂用电负荷后,有能力供应一级 和二级负荷或提供其他电厂的启动容量,当紧急甩负荷后能够自保厂用电稳定运行;
[0133] 步骤2 :当电网系统受到大扰动或出现重大故障时,受影响地区的变电站监控智 能体、电厂监控智能体将主动解列成孤岛运行状态,具体分为以下两种情况:
[0134] 情况1 :若为电厂并网联络线处检测到故障,则由该电厂处的电厂监控智能体控 制电厂区域进行解列,例如电厂监控智能体15所在电厂并网联络线处检测到电厂侧母线 电压下降,则由电厂监控智能体15控制该电厂区域进行解列,步骤如下:
[0135] 步骤2. 1 :电厂监控智能体15的数据采集模块实时监测本地并网联络线处电压、 频率、功率、开关状态和三相不平衡度运行数据,并将监测到的并网联络线两侧的电压、频 率、功率和三相不平衡度发送给电厂监控智能体15的反应模块和分析模块,将异常数据 (本例中即为电压数据)发送给预警模块;
[0136] 步骤2. 2 :电厂监控智能体15内反应模块收到的实时电压与电压限幅值比较,实 时频率与允许频率偏移范围比较,并网联络线两侧的电压的差值与联络线两侧电压的失步 临界值比较,并网联络线两侧的频率的差值与频率的失步临界值比较,一旦实时电压超过 电压限幅值、实时频率超过允许频率偏移、并网联络线两侧的电压的差值超过联络线两侧 电压的失步临界值,并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临界值(本例中若电厂 侧电压超出电压限幅值或并网联络线两侧的电压的差值超过联络线两侧电压的失步临界 值,反应模块就应立即向动作模块发出解列指令),则预警模块发出预警信号,同时向动作 模块发出指令,动作模块将断开并网联络线开关,形成电厂级孤岛;
[0137] 步骤2. 3 :电厂监控智能体15的分析模块根据数据采集模块发送的运行数据(此 时为虽出现故障状态,但异常数据尚未达到限幅值,则由分析模块进行进一步分析),与知 识数据库中存储的故障信息知识进行对比(根据电压下降趋势找到知识数据库中对应故 障条目,确定故障类型,并结合其他监测数据,判断故障发生的具体位置),分析出当前的故 障状态,结果传送至电厂监控智能体的控制决策模块;
[0138] 步骤2. 4 :电厂监控智能体15的控制决策模块根据电厂监控智能体的分析模块的 分析结果,结合知识数据库中所设规则(以故障影响范围和故障修复时间作为依据,故障 范围超出电厂区域或故障修复时间超过一定限度,即需解列电厂)做出是否解列电厂级孤 岛的决策,并经由变电站监控智能体1上报电网监控中心智能体,等待电网监控中心智能 体的回复并遵照执行,若经过一定延时未得到回复,则执行本地决策。
[0139] 步骤2. 5 :当解列成孤岛运行状态后,控制决策模块计算孤岛内功率差额,并实时 减载维持功率平衡(优先保证一级负荷和二级负荷的供电,首先切除二级负荷);最后需将 执行结果通过电厂监控智能体的通信模块上报至上级变电站监控智能体1和电网监控中 心智能体,若电厂级孤岛稳定运行,则执行步骤3。
[0140] 情况2 :若为变电站并网联络线处故障,则由变电站监控智能体控制变电站区域 进行解列,例如变电站监控智能体1所在变电站并网联络线处检测到变电站侧电网频率急 剧震荡,则由变电站监控智能体1控制该变电站区域进行解列,步骤如下:
[0141] 步骤2. 6 :变电站监控智能体1的数据采集模块实时监测并网联络线处电压、频 率、功率、开关状态和三相不平衡度运行数据,并将监测到的并网联络线两侧的电压、频率、 功率和三相不平衡度发送给变电站监控智能体1的反应模块和分析模块,将异常数据(本 例中即为频率数据)发送给预警模块;
[0142] 步骤2. 7 :变电站监控智能体1内反应模块收到实时的电压、频率、功率、开关状态 和三相不平衡度运行数据,与变电站监控智能体的知识数据库模块内存储的区域内电压限 幅值、允许频率偏移范围、联络线两侧的电压、频率的失步临界值进行比较,一旦实时电压 超过电压限幅值、实时频率超过允许频率偏移、并网联络线两侧的电压的差值超过联络线 两侧电压的失步临界值,并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临界值(本例中若 变电站侧实时频率超过允许频率偏移或并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临 界值,反应模块就应立即向动作模块发出解列指令),则预警模块发出预警信号,同时向动 作模块发出指令,动作模块将断开并网联络线开关,形成变电站级孤岛;
[0143] 步骤2. 8 :变电站监控智能体1的分析模块根据数据采集模块发送的运行数据 (此时为虽出现故障状态,但异常数据尚未达到限幅值,则由分析模块进行进一步分析), 与知识数据库中存储的故障信息知识进行对比(根据电网频率震荡趋势找到知识数据库 中对应故障条目,确定故障类型,并结合其他监测数据,判断故障发生的具体位置),分析出 当前的故障状态,结果传送至变电站监控智能体1的控制决策模块,并经由通信模块发送 至电网监控中心智能体;
[0144] 步骤2. 9 :变电站监控智能体1的控制决策模块根据分析模块的分析结果,结合知 识数据库中所设规则(以故障影响范围和故障修复时间作为依据,故障范围超出变电站区 域或故障修复时间超过一定限度,即需解列变电站)作出是否解列变电站级孤岛的决策, 并向电网监控中心智能体发出请求,获得电网监控中心智能体的同意或经过延时未收到指 令方可执行操作;最终解列成孤岛运行状态后,由变电站监控智能体1的控制决策模块计 算孤岛内功率差额,实时减载甩负荷,维持孤岛内功率平衡(优先保证一级负荷和二级负 荷的供电,首先切除三级负荷),最后执行结果通过通信模块上报至电网监控中心智能体;
[0145] 步骤2. 10 :电网监控中心智能体在收到变电站监控智能体1发出的解列请求后, 由其分析模块结合知识库中信息分析解列影响区域,然后将分析结果送至其控制决策模块 决定可进行解列的变电站区域,并将指令通过通信模块下发至变电站监控智能体1。
[0146] 步骤2. 11 :对步骤2. 9和2. 10解列后的变电站级孤岛进行检测,若变电站级孤岛 稳定运行,则执行步骤3 ;若变电站级孤岛内功率缺额过大无法平衡,则执行步骤2. 12 ;
[0147] 步骤2. 12 :由变电站监控智能体的控制决策模块继续进行解列,首先对电网系统 进行分区,划分成多个电厂级孤岛区域,具体的公式如下:
[0148] 孤岛的划分以在满足一组约束条件的情况下,在非故障区域内组合出多个孤岛区 域,使所有孤岛中负荷单元的负荷加权和最大为目标,目标函数如下:
[0149]
Figure CN103812131BD00211
[0150] 其中,N为孤岛总数,Mi为第i个孤岛区域,Lj为孤岛Mi中的第j个单元负荷量, '是与L,对应的负荷等级权重,根据实际情况整定,负荷等级越低则权重值应越小;
[0151] 孤岛划分中的约束条件表示如下:
[0152] A.孤岛内功率平衡约束
[0153]
Figure CN103812131BD00212
[0154] 其中
Figure CN103812131BD00213
i为孤岛内可维持发电机组发出的有功及无功容量,
Figure CN103812131BD00214
Figure CN103812131BD00215
为孤岛内全部负荷的有功及无功容量。
[0155] B.节点电压约束
[0156] Uinun 彡UfU^a= 1,2,…,n)
[0157] 其中n为节点总数;UpA_、A_分别为节点i的电压及其上下限。
[0158] C.线路的容量约束
[0159] S#Siniax(i= 1,2,...,n)
[0160] 其中n为线路总数;Si为线路i上的功率;Si_为线路i的线路容量。
[0161] D.网络拓扑约束
[0162] a.孤岛内单元连通性约束
[0163] eM"使fQj,Dk) =l(i= 1,2,…,n)
[0164] 其中Dj,Dk为孤岛Mi内单元,f(D_j,Dk) = 1表示单元Dj,Dk相邻;f(D_j,Dk) = 0表 示单元1,%不相邻。
[0165] b.孤岛区域不相交约束
[0166] mt[]M〗二辛f)
[0167] 其中N为孤岛总数,MJPM,分别为第i和第j个孤岛区域。
[0168] 如图5为基于改进禁忌搜索的孤岛划分算法流程图,具体算法如下:
[0169] (1)首先不考虑第三类负荷,由孤岛运行机组和第一、二类负荷单元形成初步孤岛 方案。
[0170] A.载入电网结构参数并获得适配函数亦即目标函数的参数,将禁忌表清空。以圪 表示当前最优解,初始值为取初始解的适配函数值。
[0171] B.分别以各个可孤岛运行的机组为起点进行深度优先搜索,将得到的节点划分到 相应的孤岛区域内,其余未划分的节点由系统在约束范围内随机生成。由此形成n个较优 初始解Si。~Sn。,当i= 1,2,…,n时,计算SiQ的适配函数值:
[0172] a.判断是否满足终止准则,若是即输出最优划分方式;否则继续执行下一步。
[0173] b.对当前解Slk进行邻域搜索,得到邻域解集合Ck。将初始解中已经确定归属的 节点状态分量维持不变,随机生成的节点状态分量组成的集合就是邻域解集合的范围。
[0174] c.符合约束条件的所有邻域解组成候选解集合%,计算各候选解的适配值函 数,将候选解集合Dk中的所有候选解按照适配值大小进行排序,适配函数值最大者记作 f(dk)%其对应的邻域解记作d,。
[0175] d.判断是否满足f(4广>L,若是,比较d,与Slk,将在该次迭代下确定的禁忌对 象加入禁忌表中,修改禁忌表中各禁忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解匕=f(dk)% Si(k+i)=dk*,返回a,否贝转至e。
[0176] e.选择非禁忌对象中的最佳候选解记作dk'并将其加到禁忌表中,修改禁忌表中 各禁忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解Sk+1=d广,返回a。
[0177] C.对由初始解Si。~Sn。为起点搜索产生的n个解进行评价,取评价结果最好的解 为最优解,并进入第二阶段。
[0178] (2)考虑进第二类负荷,形成最终孤岛方案。
[0179] 考察初步方案形成的各个孤岛的发电余量,在余量较大的孤岛内及其邻接区域中 搜索第三类负荷。将满足约束条件的负荷单元加入孤岛,直至孤岛发电余量低于周围任意 负荷单元负荷。
[0180] 如图7为一个典型的变电站区域电网,其中的Sl、S2为来自220kY变电站线路的 系统电源,IG1和IG2为电网中配置的具有较强孤岛运行能力的机组,DG1-DG5为电网中的 普通分布式电源。图中不同的箭头则表示不同的负荷等级,具体如表1所示。
[0181] 表1负荷优先级
[0182]
Figure CN103812131BD00221
Figure CN103812131BD00231
[0183] 假设故障发生时,节点0、4同时跳开,系统电源S1形成独立的单元。为了在孤岛 中优先保持重要负荷的供电,孤岛划分过程分为两个阶段,即:
[0184] (1)首先不考虑第三类负荷,由孤岛运行机组和第一、二类负荷单元形成初步孤岛 方案。
[0185] 分别以孤岛机组IG1和IG2为搜索起点进行深度优先搜索,形成初始解Si。和S2。。 然后分别利用这两个初始解使用前述改进禁忌搜索算法计算最优解。以最优适配函数值连 续5次迭代保持不变为终止准则。最终得到的最优适配函数值为Si= 13. 5,S2= 13. 8,比 较可知S2为最优解。
[0186] (2)考虑进第二类负荷,形成最终孤岛方案。
[0187] 考察此初步方案,可知孤岛单元1]2中尚有1MW发电余量,而节点10处负荷量恰为 1MW,将其加入后仍满足孤岛内功率平衡等约束条件,故可将其划入孤岛1]2范围内。
[0188] 最终形成的孤岛方案如图7所示,可以看出整个电网被分为三个独立的的孤岛单 元,需要断开的节点分别为4、14、17、18、26、27、29、30、39和46。
[0189] 步骤3 :当故障最终演化为大停电后,电网中所有稳定运行的电厂级和变电站级 孤岛将各自的孤岛运行情况向电网监控中心智能体汇报,其中电厂级孤岛信息通过上级变 电站监控智能体中转与电网监控中心智能体建立联系并传送信息;
[0190] 步骤4 :所有电力孤岛运行信息最终汇总至电网监控中心智能体的控制决策模 块,控制决策模块以此制定黑启动恢复路径方案,然后将黑启动任务依次发送给对应的电 力孤岛的监控智能体,各孤岛监控智能体依照指令执行相应的恢复操作,逐步恢复整个电 网供电。

Claims (5)

1. 一种基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统,其特征在于:包括s级控制结构, 电网监控中屯、智能体、变电站监控智能体和电厂监控智能体; 电网监控中屯、智能体:(1)直接与下级变电站监控智能体通信:获取下级变电站监控 智能体上报的运行数据及故障信息,进行分析决策后发送解列或并网指令给下级变电站监 控智能体;(2)电网监控中屯、智能体通过下级变电站监控智能体中转,获取电厂监控智能 体上报的运行数据及故障信息,进行分析决策后再通过相应的下级变电站监控智能体发送 解列或并网指令给电厂监控智能体; 变电站监控智能体:(1)当监测到的电网扰动超出预设阔值时,达到动作条件,无须等 待电网监控中屯、智能体指令,自主进行解列操作;(2)变电站监控智能体与电网监控中屯、 智能体通讯:上报自身运行数据及故障信息给电网监控中屯、智能体,由电网监控中屯、智能 体控制解列或并网;同时上报变电站监控智能体获得的电厂监控智能体的运行数据及故障 信息,并中转由电网监控中屯、智能体发出的控制解列指令给电厂监控智能体;(3)变电站 监控智能体与电厂监控智能体通讯:获取下级电厂监控智能体上报的运行数据及故障信 息,并且变电站监控智能体发出解列指令或传递电网监控中屯、智能体发出的解列或并网指 令给电厂监控智能体; 电厂监控智能体:(1)当监测到电网扰动超出预设阔值时,达到动作条件,无须等待电 网监控中屯、智能体和上级变电站监控智能体指令,自主进行解列操作;(2)与变电站监控 智能体通信:上报自身运行数据及故障信息给变电站监控智能体,接收并执行由变电站监 控智能体发出的解列指令或者由传递电网监控中屯、智能体发出的解列或并网指令。
2. 根据权利要求1所述的基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统,其特征在于:所 述的电网监控中屯、智能体中主要由监测模块、通信模块、分析模块、预警模块、人机交互模 块、数据库管理模块、知识库模块和控制决策模块组成,其中: 监测模块:用于从变电站自动化系统获取变电站与电网间的联络线节点处的电压、频 率、功率、开关状态、=相不平衡度运行数据,并获取下级变电站监控智能体上报的当地和 变电站下级电厂的实时运行数据W及故障信息,将实时数据和故障信息发送给分析模块; 通信模块:用于在电网监控中屯、智能体与下级各个变电站监控智能体之间进行通信及 数据传输,接收变电站监控智能体上报的运行及故障信息,并向下级变电站监控智能体发 送动作指令; 分析模块:根据变电站监控智能体上报的电网运行数据,一旦出现异常数据,立即进行 电网潮流计算,并与知识库中存储的故障信息知识进行对比,得出较为准确的故障信息,发 送至控制决策模块和预警模块;针对变电站监控智能体发出的解列请求,结合知识库中信 息分析其解列影响区域范围,结果送至控制决策模块; 预警模块:接收到分析模块发送的故障信息后即时显示,并发出预警信号; 人机交互模块:(1)实现人机对话功能,显示整个电网的实时运行情况;(2)紧急情况 下,提供手动控制模式,使操作人员对故障区域及受影响区域发出解列或并网指令; 数据库管理模块:存储电网主要节点在各个时刻的运行数据,包括母线电压,频率,功 率,开关状态数据; 知识库模块:对解列控制知识和规则进行管理,包括电网正常运行数据的上下限值、电 网常见故障信息知识; 控制决策模块:(1)综合分析模块和监测模块发送来的实时数据和分析结果,结合电 网当前实际运行状况做出最终决策指令,再通过通信模块将最终决策指令送回下级变电站 监控智能体;(2)对于电厂故障,控制决策模块需向电厂所属变电站区域的变电站监控智 能体下达解列或并网指令,再由变电站监控智能体将最终决策指令转发给相应电厂监控智 能体;(3)在黑启动阶段,通过通信模块接收所有成功解列的孤岛状态,据此制定黑启动恢 复路径方案,然后向相应地区的变电站监控智能体或电厂监控智能体发送黑启动任务指 令。
3. 根据权利要求1所述的基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统,其特征在于:所 述的变电站监控智能体主要由数据采集模块、通信模块、预警模块、反应模块、动作模块、分 析模块、知识数据库模块和控制决策模块组成,其中: 数据采集模块:实时监测并网联络线处电压、频率、功率、开关状态和=相不平衡度运 行数据,将电压、频率、功率和=相不平衡度运行数据发送给反应模块、预警模块W及分析 模块; 通信模块:(1)用于变电站监控智能体与上级电网监控中屯、智能体和下级各电厂监控 智能体之间的通信及数据传输;(2)作为电网监控中屯、智能体与电厂监控智能体之间通信 的中转站; 预警模块:用于接收数据采集模块发送的异常数据信息,W及分析模块发送的故障信 息,一旦有异常数据出现,即时发出预警信号并显示故障信息; 反应模块:用于接收数据采集模块发送的运行数据,并与来自知识数据库模块中的动 作临界值进行对比,一旦达到动作条件,直接向动作模块发出指令; 动作模块:用于接受反应模块或控制决策模块指令,执行解列或并网开关动作; 分析模块:用于根据数据采集模块发送的电网运行数据,进行变电站范围的潮流计算, 并与知识数据库中存储的故障信息知识进行对比,对本区域的电网运行状态及故障状态进 行分析,结果传送至控制决策模块,得到的故障信息传送至预警模块; 知识数据库模块:(1)用于存储数据采集模块采集的实时数据、变电站正常运行数据 的上下限值、变电站区域主要干线故障信息知识和动作临界值;(2)在动作临界值有更改 时知识数据库模块将把更改信息发送给反应模块; 所述的动作临界值包括:变电站区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两侧 的电压的失步临界值和联络线两侧的频率的失步临界值; 控制决策模块:(1)根据分析模块的分析结果,结合知识数据库模块中所设规则作出 解列决策或在解列后监测孤岛内发电功率,实时减载切负荷,维持孤岛内功率平衡;(2)当 孤岛内功率缺额过大无法平衡时,进行在线计算划分电厂级孤岛,然后发送解列指令给下 级各电厂监控智能体,电厂监控智能体控制各自电厂区域形成电厂级孤岛;同时需将决策 命令及执行结果通过通信模块上报电网监控中屯、智能体;(3)当故障恢复后,实现与电网 系统检同期再并网。
4. 根据权利要求1所述的基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统,其特征在于:所 述电厂监控智能体主要由数据采集模块、通信模块、预警模块、反应模块、动作模块、分析模 块、知识数据库模块和控制决策模块组成,其中: 数据采集模块:用于实时监测本地并网联络线处电压、频率、功率、开关状态和=相不 平衡度运行数据,将电压、频率、功率和=相不平衡度运行数据发送给反应模块、预警模块W及分析模块; 通信模块:(1)用于电厂监控智能体与上级变电站监控智能体提供通讯和数据传输; (2)为同级电厂监控智能体之间提供通信和数据传输; 预警模块:用于接收数据采集模块发送的异常数据信息,W及分析模块发送的故障信 息,一旦有异常数据出现,即时发出预警信号并显示故障信息; 反应模块:接收数据采集模块发送的运行参数,并与来自知识数据库模块中的动作临 界值进行对比,一旦达到动作条件,直接向动作模块发出指令; 动作模块:接受反应模块或控制决策模块指令,执行解列或并网开关动作; 分析模块:根据数据采集模块发送的运行数据,与知识数据库中存储的故障信息知识 进行对比分析当前的故障状态,结果传送至控制决策模块,得到的故障信息传送至预警模 块; 知识数据库模块:(1)用于存储数据采集模块采集的实时数据、电厂正常运行数据的 上下限值、电厂区域的故障信息知识和动作临界值;(2)在动作临界值有更改时知识数据 库模块将把更改信息发送给反应模块; 所述的动作临界值包括:电厂区域内电压限幅值和允许频率偏移范围,联络线两侧的 电压的失步临界值和联络线两侧的频率的失步临界值; 控制决策模块:(1)根据分析模块的分析结果,结合知识数据库中所设规则做出解列 或并网决策;(2)当变电站孤岛功率不平衡时,接收变电站监控智能体指令并与同级电厂 监控智能体协调决策,解列成电厂级孤岛,并实时减载维持功率平衡,并将执行结果需上 报上级变电站监控智能体;(3)故障恢复后,实现电厂级孤岛的再并网。
5.采用权利要求1所述的基于多智能体的城市电网孤岛黑启动系统进行黑启动的方 法,其特征在于:包括W下步骤: 步骤1 :在进行城市电网规划W及电厂初步设计时,预先在主要电厂中配置多组可实 现解列孤岛运行的机组,要求运些机组在承担自己的厂用电负荷后,有能力供应一级和二 级负荷或提供其他电厂的启动容量,当紧急甩负荷后能够自保厂用电稳定运行; 步骤2 :当电网系统受到大扰动或出现重大故障时,受影响地区的变电站监控智能体、 电厂监控智能体将主动解列成孤岛运行状态,具体分为W下两种情况: 情况1 :若为电厂并网联络线处检测到故障,则由电厂监控智能体控制电厂区域进行 解列,步骤如下: 步骤2. 1 :电厂监控智能体的数据采集模块实时监测本地并网联络线处电压、频率、功 率、开关状态和=相不平衡度运行数据,并将监测到的并网联络线处的电压、频率、功率和 =相不平衡度运行数据发送给电厂监控智能体的反应模块、预警模块W及分析模块; 步骤2. 2:电厂监控智能体内反应模块收到的实时电压与电压限幅值比较,实时频率 与允许频率偏移范围比较,并网联络线两侧的电压的差值与联络线两侧电压的失步临界值 比较,并网联络线两侧的频率的差值与频率的失步临界值比较,一旦实时电压超过电压限 幅值、实时频率超过允许频率偏移、并网联络线两侧的电压的差值超过联络线两侧电压的 失步临界值,并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临界值则电厂监控智能体的预 警模块发出预警信号,同时向电厂监控智能体的动作模块发出指令,动作模块将断开并网 联络线开关; 步骤2. 3 :电厂监控智能体的分析模块根据数据采集模块发送的运行数据,与知识数 据库中存储的故障信息知识进行对比,分析出当前的故障状态,结果传送至电厂监控智能 体的控制决策模块; 步骤2. 4 :电厂监控智能体的控制决策模块根据电厂监控智能体的分析模块的分析结 果,结合知识数据库中所设规则做出是否解列电厂级孤岛的决策;当解列成孤岛运行状态 后,计算孤岛内功率差额,并实时减载维持功率平衡;最后需将执行结果通过电厂监控智能 体的通信模块上报至上级变电站监控智能体; 步骤2. 5 :对步骤2. 4解列后的电厂级孤岛进行检测,若电厂级孤岛稳定运行,则执行 步骤3 ; 情况2 :若为变电站并网联络线处检测到故障,则由变电站监控智能体控制变电站区 域进行解列,步骤如下: 步骤2. 6 :变电站监控智能体的数据采集模块实时监测并网联络线处电压、频率、功 率、开关状态和=相不平衡度运行数据,将电压、频率、功率和=相不平衡度运行数据发送 给变电站监控智能体的反应模块、预警模块W及分析模块; 步骤2. 7 :变电站监控智能体的反应模块收到实时的电压、频率、功率、开关状态和S相不平衡度运行数据,与变电站监控智能体的知识数据库模块内存储的区域内电压限幅 值、允许频率偏移范围、联络线两侧的电压、频率的失步临界值进行比较,一旦实时电压超 过电压限幅值、实时频率超过允许频率偏移、并网联络线两侧的电压的差值超过联络线两 侧电压的失步临界值,并网联络线两侧的频率的差值超过频率的失步临界值,则变电站监 控智能体的预警模块发出预警信号,同时向变电站监控智能体的动作模块发出指令,动作 模块将断开并网联络线开关; 步骤2. 8 :变电站监控智能体的分析模块根据数据采集模块发送的运行数据,与知识 数据库中存储的故障信息知识进行对比,分析出当前的故障状态,结果传送至变电站监控 智能体的控制决策模块,并经由变电站监控智能体的通信模块发送至电网监控中屯、智能 体; 步骤2. 9 :变电站监控智能体的控制决策模块根据分析模块的分析结果,结合变电站 监控智能体的知识数据库中所设规则作出是否解列变电站级孤岛的决策,并向电网监控中 屯、智能体发出请求,获得电网监控中屯、智能体的同意或超时未收到指令方可执行操作;最 终解列成孤岛运行状态后,由变电站监控智能体的控制决策模块计算孤岛内功率差额,实 时减载甩负荷,维持孤岛内功率平衡,最后执行结果通过通信模块上报至电网监控中屯、智 能体; 步骤2. 10 :电网监控中屯、智能体在收到变电站监控智能体发出的解列请求后,由电网 监控中屯、智能体的分析模块结合知识库中信息分析解列影响区域,然后将分析结果送至电 网监控中屯、智能体的控制决策模块决定可进行解列的变电站区域,并将解列指令通过通信 模块下发至相应变电站监控智能体; 步骤2. 11对步骤2. 9和2. 10解列后的变电站级孤岛进行检测,若变电站级孤岛稳定 运行,则执行步骤3 ;若变电站级孤岛内功率缺额过大无法平衡,则执行步骤2. 12 ; 步骤2. 12 :由变电站监控智能体的控制决策模块继续进行解列,首先对电网系统进行 分区,划分成多个电厂级孤岛区域,具体的公式如下: 孤岛的划分W在满足一组约束条件的情况下,在非故障区域内组合出多个孤岛区域, 使所有孤岛中负荷单元的负荷加权和最大为目标,目标函数如下:
Figure CN103812131BC00061
其中,N为孤岛总数,Ml为第i个孤岛区域,Lj为孤岛M冲的第j个单元负荷量,屯,是 与L,对应的负荷等级权重,根据实际情况整定,负荷等级越低则权重值应越小; 孤岛划分中的约束条件表示如下: A. 孤岛内功率平衡约束
Figure CN103812131BC00062
其中
Figure CN103812131BC00063
为孤岛内可维持发电机组发出的有功及无功容量,
Figure CN103812131BC00064
Figure CN103812131BC00065
为孤岛内全部负荷的有功及无功容量;N为孤岛总数; B. 节点电压约束 Uimn《Ui《Uimax(i =l,2,...,n) 其中n为节点总数;Ui、Uim。、、Uimm分别为节点i的电压及其上下限; C. 线路的容量约束 S imax(i = 1,2,…,n) 其中n为线路总数;Si为线路i上的功率;Sim。、为线路i的线路容量; 化网络拓扑约束 a. 孤岛内单元连通性约束 VD/eA4% e馬,使f值j,Dk) = 1(i= 1,2,…,脚 其中Dj,〇k为孤岛Mi内单兀,f值j,Dk) = 1表不单兀Dj,D湘邻;f值j,Dk) = 0表不单 元Dj,Dk不相邻;N为孤岛总数; b. 孤岛区域不相交约束 >/, n ^ 0 (1 < /, J <N;:i ^/> 其中N为孤岛总数,Ml和M,分别为第i和第j个孤岛区域; 孤岛划分的算法如下: (1)首先不考虑第=类负荷,由孤岛运行机组和第一、二类负荷单元形成初步孤岛方 案; A. 载入电网结构参数并获得适配函数亦即目标函数的参数,将禁忌表清空;Wfm表示 当前最优解,初始值为取初始解的适配函数值; B. 分别W各个可孤岛运行的机组为起点进行深度优先捜索,将得到的节点划分到相应 的孤岛区域内,其余未划分的节点由系统在约束范围内随机生成;由此形成n个较优初始 解Sio~S。〇,当i= 1,2,…,n时,计算Si。的适配函数值: a. 判断是否满足终止准则,若是即输出最优划分方式;否则继续执行下一步; b. 对当前解Sik进行邻域捜索,得到邻域解集合Ck;将初始解中已经确定归属的节点状 态分量维持不变,随机生成的节点状态分量组成的集合就是邻域解集合的范围; C.符合约束条件的所有邻域解组成候选解集合化,计算各候选解的适配值函数,将候 选解集合化中的所有候选解按照适配值大小进行排序,适配函数值最大者记作f(dk)%其 对应的邻域解记作cC; d. 判断是否满足f(dkr>fm,若是,比较cC与Sik,将在该次迭代下确定的禁忌对象加 入禁忌表中,修改禁忌表中各禁忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解fm=f(dk)%Si =dk%返回a,否则转至e; e. 选择非禁忌对象中的最佳候选解记作diT,并将其加到禁忌表中,修改禁忌表中各禁 忌对象的禁忌期,令下一次迭代的当前解Sw=diT,返回a; C.对由初始解Si。~S。。为起点捜索产生的n个解进行评价,取评价结果最好的解为最 优解,并进入第二阶段; (2)考虑进第二类负荷,形成最终孤岛方案; 考察初步方案形成的各个孤岛的发电余量,在余量较大的孤岛内及其邻接区域中捜索 第=类负荷;将满足约束条件的负荷单元加入孤岛,直至孤岛发电余量低于周围任意负荷 单元负荷; 按照上述计算结果,继续对电厂监控智能体进行解列,解列成电厂级孤岛,直至电厂级 孤岛最终达到稳定状态,停止解列,否则,反复执行步骤2. 12 ; 步骤3 :当故障最终演化为大停电后,电网中所有稳定运行的电厂级和变电站级孤岛 将各自的孤岛运行情况向电网监控中屯、智能体汇报,其中电厂级孤岛信息通过上级变电站 监控智能体中转与电网监控中屯、智能体建立联系并传送信息; 步骤4:所有电力孤岛运行信息最终汇总至电网监控中屯、智能体的控制决策模块,控 制决策模块W此制定黑启动恢复路径方案,然后将黑启动任务依次发送给对应的电力孤岛 的监控智能体,各孤岛监控智能体依照并网指令执行相应的恢复操作,逐步恢复整个电网 供电。
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